自分だけのプログラミング言語を作ろう

自分だけの プログラミング言語を作ろう ashphy @[email protected] 2026/01/30

JSONPath実装を書いています
JSONから特定のデータを取得するためのクエリ言語 (RFC 9535)
{

}

"firstName": "John",
"lastName" : "doe",
"age"
: 26,
"address" : {
"streetAddress": "naist street",
"city"
: "Nara",
"postalCode"
: "630-0192"
},
"phoneNumbers": [
{
"type" : "iPhone",
"number": "0123-4567-8888"
},
{
"type" : "home",
"number": "0123-4567-8910"
}
]

JSON

$.phoneNumbers[:1].type
[ "iPhone" ]

JSONPathクエリ
取得結果

2

身の回りのドメイン固有言語 (DSL) Twitterの検索クエリの解析 movie AND (love OR hate) -scary :) since:2015-12-21 3

身の回りのドメイン固有言語 (DSL) Twitterの検索クエリの解析 両方を含む ポジティブな感情表現を含む movie AND (love OR hate) -scary :) since:2015-12-21 キーワード 優先順位の変更 NOT検索 期間指定 4

自分でプログラミング言語を作ることができたら？ 5

自分だけの プログラミング言語を作ろう 6

プログラム って？ 7

2 + 3 * 4 8

前から処理していくだけではダメ 2 + 3 * 4 先に計算しないといけない もちろん前から処理するだけでいい文法を考えることもできる 9

プログラムは木構造である + 2 + 3 * 4 2 * 3 構文木 4 10

プログラムを実行する 根（ルート）から処理する + 2 + 3 * 4 2 * 3 4 11

プログラムを実行する ＋の処理をするために子を見に行く 子がないので2を返して終わり 2 + 3 * 4 + 2 * 3 4 12

プログラムを実行する もう一方の子を見に行く 両方の子は葉なので3*4を計算 2 + 3 * 4 + 2 * 3 4 13

プログラムを実行する 子が12の値になる + 2 + 3 * 4 2 12 14

プログラムを実行する 子の値がそろったので＋が計算できる + 2 + 3 * 4 2 12 15

プログラムを実行する 実行結果が得られる 14 ← 実行結果 2 + 3 * 4 16

プログラムを実行する + 2 + 3 * 4 2 * 3 4 17

プログラムを実行する + 2 + 3 * 4 2 * 3 深さ優先探索 4 18

TypeScriptの構文木を見てみよう サンプルコード 19

• https://ts-ast-viewer.com/#code/DYUwLgBAHgXBB2BXAtgIxAJwgXggRgAYBuAKFEgE84k1McIBWUkgM0XgGMwBLAe3ggBDACbCAFIOop0GADQRUU2hgCUSmRADeJCBHIQMIAM6JgYdXVyCIAagXNd3FhDGGTZiAD58BFVp26BuCIGAJupmCkugC ECDARiD gUFgIQLEAdEk2WTgEGC8YILAFlhWomJQ8hQqREA

オリジナル言語を作る 20

まずは言語仕様を決めよう ● 数値計算を行うプログラミング言語 ● 数値は0以上の整数のみ ● 演算は 加算、減算、乗算のみ ● () も使える 2 * (3 + 4) サンプルコード 21

まずは言語仕様を決めよう ● 数値計算を行うプログラミング言語 ● 数値は0以上の整数のみ ● 演算は 加算、減算、乗算のみ 自然言語で書くと曖昧さが残る ● () も使える 2 * (3 + 4) サンプルコード 22

文法仕様を定義するための文法 PEG Expression: Term (("+" | "-") Term)* Term: Factor ("*" Factor)* Factor: | "(" Expression ")" | Integer Integer: [0-9]+ 実際にはPEGではなく、EBNFやABNFが使われることが多い 23

文法仕様を定義するための文法 PEG Expression: Term (("+" | "-") Term)* Term: *: 0回以上の繰り返し | : OR Factor ("*" Factor)* 正規表現の知識で読める Factor: | "(" Expression ")" | Integer Integer: [0-9]+ [0-9]: 文字クラス +: 1回以上の繰り返し 実際にはPEGではなく、EBNFやABNFが使われることが多い 24

LL(1) の再帰下降構文解析の説明をしています コードから構文木を構築する Expression: Term (("+" | "-") Term)* 2 * (3 + 4) Term: Factor ("*" Factor)* Factor: | "(" Expression ")" | Integer Integer: [0-9]+ 25

LL(1) の再帰下降構文解析の説明をしています コードから構文木を構築する Expression: Term (("+" | "-") Term)* ↓ 現在位置 2 * (3 + 4) Term: Factor ("*" Factor)* Factor: | "(" Expression ")" | Integer Integer: [0-9]+ 26

LL(1) の再帰下降構文解析の説明をしています コードから構文木を構築する Expression: Term (("+" | "-") Term)* Term: ↓ 現在位置 2 * (3 + 4) Expression (式) Factor ("*" Factor)* Factor: | "(" Expression ")" | Integer Integer: [0-9]+ 27

LL(1) の再帰下降構文解析の説明をしています コードから構文木を構築する Expression: Term (("+" | "-") Term)* Term: ↓ 現在位置 2 * (3 + 4) Expression (式) Factor ("*" Factor)* Term (項) Factor: | "(" Expression ")" | Integer Integer: [0-9]+ 28

LL(1) の再帰下降構文解析の説明をしています コードから構文木を構築する Expression: Term (("+" | "-") Term)* Term: ↓ 現在位置 2 * (3 + 4) Expression (式) Factor ("*" Factor)* Term (項) Factor: | "(" Expression ")" Factor (因子) | Integer Integer: [0-9]+ 29

LL(1) の再帰下降構文解析の説明をしています コードから構文木を構築する Expression: Term (("+" | "-") Term)* Term: ↓ 現在位置 2 * (3 + 4) Expression (式) Factor ("*" Factor)* Term (項) Factor: | "(" Expression ")" | Integer Integer: [0-9]+ Factor (因子) ? "(" Expression ")" Integer (整数) 30

LL(1) の再帰下降構文解析の説明をしています コードから構文木を構築する Expression: ↓ 現在位置 Term (("+" | "-") Term)* Term: 2 * (3 + 4) 1文字先読みする Expression (式) Factor ("*" Factor)* Term (項) Factor: | "(" Expression ")" | Integer Integer: [0-9]+ Factor (因子) ? "(" Expression ")" Integer (整数) 31

LL(1) の再帰下降構文解析の説明をしています コードから構文木を構築する Expression: ↓ 現在位置 Term (("+" | "-") Term)* Term: 2 * (3 + 4) 1文字先読みする Expression (式) Factor ("*" Factor)* Term (項) Factor: | "(" Expression ")" | Integer Integer: [0-9]+ Factor (因子) ? "(" Expression ")" Integer (整数) 32

LL(1) の再帰下降構文解析の説明をしています コードから構文木を構築する Expression: ↓ 現在位置 Term (("+" | "-") Term)* Term: 2 * (3 + 4) 1文字先読みする Factor (因子) Factor ("*" Factor)* Factor: | "(" Expression ")" | Integer Integer: [0-9]+ 33

LL(1) の再帰下降構文解析の説明をしています コードから構文木を構築する Expression: Term (("+" | "-") Term)* Term: Factor ("*" Factor)* ↓ 現在位置 2 * (3 + 4) 1文字先読みする Factor (因子) ? "(" Expression ")" Integer (整数) Factor: | "(" Expression ")" | Integer 以下繰り返し Integer: [0-9]+ 34

コードから構文木を構築する Expression: Term (("+" | "-") Term)* Term: Factor ("*" Factor)* 2 * (3 + 4) Expression └── Term ├── Factor │ └── Integer │ └── "2" ├── "*" └── Factor ├── "(" ├── Expression Factor: | "(" Expression ")" | Integer │ ├── Term │ │ │ │ └── Integer │ │ └── "3" │ ├── "+" │ └── Term │ Integer: [0-9]+ └── Factor └── Factor │ └── Integer │ └── "4" └── ")" 35

コードから構文木を構築する Expression: Term (("+" | "-") Term)* Term: Factor ("*" Factor)* 2 * (3 + 4) Expression └── Term ├── Factor │ └── Integer │ └── "2" ├── "*" └── Factor ├── "(" ├── Expression Factor: | "(" Expression ")" | Integer │ ├── Term │ │ │ │ └── Integer │ │ └── "3" │ ├── "+" │ └── Term │ Integer: [0-9]+ └── Factor └── Factor │ └── Integer │ └── "4" └── ")" 36

コードから構文木を構築する Term: Factor ("*" Factor)* Factor: | "(" Expression ")" | Integer Integer: [0-9]+ └── Term 下に書いてる方が先に処理される Term (("+" | "-") Term)* 2 * (3 + 4) Expression Expression: ├── Factor │ └── Integer │ └── "2" ├── "*" └── Factor ├── "(" ├── Expression │ ├── Term │ │ │ │ └── Integer │ │ └── "3" │ ├── "+" │ └── Term │ └── Factor └── Factor │ └── Integer │ └── "4" └── ")" () が子にあるので 先に計算される 37

コードから構文木を構築する Expression: Term (("+" | "-") Term)* Term: Factor ("*" Factor)* 2 * (3 + 4) Expression └── Term ├── Factor │ └── Integer │ └── "2" ├── "*" └── Factor ├── "(" ├── Expression Factor: | "(" Expression ")" | Integer │ ├── Term │ │ │ │ └── Integer │ │ └── "3" │ ├── "+" │ └── Term │ Integer: [0-9]+ └── Factor └── Factor │ └── Integer │ └── "4" └── ")" 全部は要らない 38

構文木の仕様を決めよう これだけあれば実行できる BinaryExpression (*) 2 * (3 + 4) 構文解析 ├── Integer (2) └── BinaryExpression (+) ├── Integer (3) └── Integer (4) BinaryExpression: 二項演算式 Integer: コード 整数 構文木 39

パーサージェネレーターってのがある 構文解析器（パーサー）を作成するためのプログラム ● yacc / bison ○ Ruby (3.2以前) ● ANTLR ○ Hibernate HQL, Twitter検索クエリ ● PEG ○ Python (3.9以降) 40

ライブコーディング 文法を定義して構文解析器を作成する 41

構文木を実行する評価機を作成する
{

}

"type": "BinaryExpression",
"operator": "*",
"left": {
"type": "Integer",
"value": 2
},
"right": {
"type": "BinaryExpression",
"operator": "+",
"left": {
"type": "Integer",
"value": 3
},
"right": {
"type": "Integer",
"value": 4
}
}

function evaluate(node) {
switch (node.type) {
子要素を再帰で取得する
case "Integer":
= 深さ優先探索
return node.value;
case "BinaryExpression": {
const left = evaluate(node.left);
const right = evaluate(node.right);
switch (node.operator) {
case "+":
return left + right;
case "-":
計算した値を返す
return left - right;
case "*":
return left * right;
}
}
}
42
}

ライブコーディング プログラムを実行してみよう 43

このままではプログラムっぽくない 44

変数の概念を導入する 新しいキーワード var を導入して変数を宣言できるようにする 変数を計算に使用できる var x = 3; var y = x + 4; x * 2; サンプルコード 45

変数の文法定義 Program: Statement* Statement: | VariableDeclaration | ExpressionStatement VariableDeclaration: "var" Identifier "=" Expression ";" Factor: | "(" Expression ")" | Integer | Identifier Identifier: [a-zA-Z_][a-zA-Z0-9_]* 46

変数の文法定義 Program: Statement* プログラムは Statement (文) の集合である Statement: | VariableDeclaration | ExpressionStatement VariableDeclaration: "var" Identifier "=" Expression ";" Factor: | "(" Expression ")" | Integer | Identifier Identifier: [a-zA-Z_][a-zA-Z0-9_]* 47

変数の文法定義 Program: Statement* プログラムは Statement (文) の集合である Statement: | VariableDeclaration | ExpressionStatement VariableDeclaration: "var" Identifier "=" Expression ";" 変数宣言 変数に格納する値には Expression が使える Factor: | "(" Expression ")" | Integer | Identifier Identifier: [a-zA-Z_][a-zA-Z0-9_]* 48

変数の文法定義 Program: Statement* プログラムは Statement (文) の集合である Statement: | VariableDeclaration | ExpressionStatement VariableDeclaration: "var" Identifier "=" Expression ";" 変数宣言 変数に格納する値には Expression が使える Factor: | "(" Expression ")" | Integer | Identifier 値として変数が使用できる Identifier: [a-zA-Z_][a-zA-Z0-9_]* 変数名 49

ライブコーディング 文法に変数定義を追加する 50

変数宣言を実装する
function executeStatement(statement, env) {
switch (statement.type) {
case "VariableDeclaration": {
const name = statement.id.name;
const value = evaluateExpression(statement.init, env);
env[name] = value;
return undefined;
}
case "ExpressionStatement":
return evaluateExpression(statement.expression, env);
}
}
51

変数宣言を実装する
変数を格納するオブジェクト {}
function executeStatement(statement, env) {
switch (statement.type) {
case "VariableDeclaration": {
const name = statement.id.name;
const value = evaluateExpression(statement.init, env);
env[name] = value;
return undefined;
}
case "ExpressionStatement":
return evaluateExpression(statement.expression, env);
}
}
52

変数宣言を実装する
変数を格納するオブジェクト {}
function executeStatement(statement, env) {
switch (statement.type) {
初期値を評価する
case "VariableDeclaration": {
const name = statement.id.name;
const value = evaluateExpression(statement.init, env);
env[name] = value;
return undefined;
}
case "ExpressionStatement":
return evaluateExpression(statement.expression, env);
}
}
53

変数宣言を実装する
変数を格納するオブジェクト {}
function executeStatement(statement, env) {
switch (statement.type) {
初期値を評価する
case "VariableDeclaration": {
const name = statement.id.name;
const value = evaluateExpression(statement.init, env);
env[name] = value;
return undefined;
変数を格納する
}
case "ExpressionStatement":
return evaluateExpression(statement.expression, env);
}
}
54

変数の読み取りを実装する
変数を格納するオブジェクト
function evaluateExpression(expression, env) {
switch (expression.type) {
case "Integer":
return expression.value;
case "Identifier": {
const name = expression.name;
if (!(name in env)) {
throw new ReferenceError(`Undefined variable: ${name}`);
}
return env[name];
}

55

変数の読み取りを実装する
変数を格納するオブジェクト
function evaluateExpression(expression, env) {
switch (expression.type) {
case "Integer":
return expression.value;
case "Identifier": {
const name = expression.name;
変数が定義されているか調べる
if (!(name in env)) {
throw new ReferenceError(`Undefined variable: ${name}`);
}
return env[name];
}

56

変数の読み取りを実装する
変数を格納するオブジェクト
function evaluateExpression(expression, env) {
switch (expression.type) {
case "Integer":
return expression.value;
case "Identifier": {
const name = expression.name;
変数が定義されているか調べる
if (!(name in env)) {
throw new ReferenceError(`Undefined variable: ${name}`);
}
return env[name];
変数を取り出す
}

57

ライブコーディング 変数の評価機能を追加する 58

関数も欲しいですよね？ 59

関数を導入する 新しいキーワード def を導入して任意の関数を定義できるようにする def double(x) { return x * 2; } double(2); サンプルコード 60

関数の文法を定義する Statement: | FunctionDeclaration 関数宣言の追加 | VariableDeclaration | ExpressionStatement FunctionDeclaration: "def" Identifier "(" ParameterList? ")" BlockStatement def 関数名 (引数) ブロック ParameterList: Identifier ( "," Identifier)* 複数個の引数が宣言できる BlockStatement: "{" BlockBodyStatement* "}" BlockBodyStatement: | ReturnStatement 関数の本体には変数宣言と式が書ける 関数の中で関数は宣言できない | VariableDeclaration | ExpressionStatement ReturnStatement: "return" Expression ";" CallExpression: Identifier "(" ArgumentList? ")" ArgumentList: Expression ("," Expression)* 関数の呼び出し 61

関数宣言の実装
function executeStatement(statement, env) {
switch (statement.type) {
case "FunctionDeclaration": {
const name = statement.id.name;
const fnValue = {
name,
params: statement.params ?? [],
body: statement.body,
env,
};
env[name] = fnValue;
関数本体を変数と同じ環境に保存する
return undefined;
}
62

関数呼び出しの実装
function callFunction(fnValue, args) {
const localEnv = Object.create(fnValue.env);
fnValue.params.forEach((param, i) => {
const name = param.name;
localEnv[name] = args[i];
});
const result = executeBlock(fnValue.body, localEnv);
return result[RETURN] ? result.value : undefined;
}

63

関数呼び出しの実装
レキシカルスコープを作成する
function callFunction(fnValue, args) {
const localEnv = Object.create(fnValue.env);
fnValue.params.forEach((param, i) => {
const name = param.name;
localEnv[name] = args[i];
});
const result = executeBlock(fnValue.body, localEnv);
return result[RETURN] ? result.value : undefined;
}

64

関数呼び出しの実装
レキシカルスコープを作成する
function callFunction(fnValue, args) {
const localEnv = Object.create(fnValue.env);
fnValue.params.forEach((param, i) => {
const name = param.name;
localEnv[name] = args[i];
});

引数を積む

const result = executeBlock(fnValue.body, localEnv);
return result[RETURN] ? result.value : undefined;
}

65

関数呼び出しの実装
レキシカルスコープを作成する
function callFunction(fnValue, args) {
const localEnv = Object.create(fnValue.env);
fnValue.params.forEach((param, i) => {
const name = param.name;
localEnv[name] = args[i];
});

引数を積む

const result = executeBlock(fnValue.body, localEnv);
return result[RETURN] ? result.value : undefined;

関数を実行

}

66

ライブコーディング 関数を追加する 67

せっかくならコンパイラにしたい 68

実行ファイルを作る 構文木から対応する機械語を生成すればよい いきなり機械語をしゃべるのは面倒なのでアセンブラを間に挟む 2 + 3 コード コンパイル mov eax, 2 mov ebx, 3 add eax, ebx アセンブラ (x86) アセンブル .exe 実行可能のファイル 69

直接アセンブラを書くのも結構めんどい mov w0, #2 mov w1, #3 add w0, w0, w1 .app (Mach-O) macOS AARch64 2 + 3 コード mov eax, 2 mov ebx, 3 add eax, ebx .exe (Portable Executable) Windows x86 li t0, 2 li t1, 3 add t0, t0, t1 RICS-V .o (ELF) Linux 70

LLVM プログラムを最適化するよう設計された、任意のプログラミング言語に対応可 能なコンパイラ基盤。最適化もやってくれる。 2 + 3 コード コンパイル %a = add i32 2, 3 LLVM IR (中間表現) アセンブル .exe 実行可能のファイル 71

LLVM IRの例
declare i32 @printf(ptr, ...)

C標準のprintfを使う宣言

@.fmt = private unnamed_addr constant [6 x i8] c"%lld\0A\00",
align 1

def double(x) {
return x * 2;
}

double(5);

コード

define i64 @double(i64 %x) {
entry:
%t1 = alloca i64, align 8
store i64 %x, ptr %t1, align 8
%t2 = load i64, ptr %t1, align 8
%t3 = mul i64 %t2, 2
ret i64 %t3
}
define i32 @main() {
entry:
%t1 = call i64 @double(i64 5)
%t2 = getelementptr inbounds [6 x i8], ptr @.fmt, i64 0, i64 0
call i32 (ptr, ...) @printf(ptr %t2, i64 %t1)
ret i32 0
}

LLVM IR

関数宣言

かけ算
仮想レジスタ

関数呼び出し
printf

72

ライブコーディング LLVM IRを通して 実行可能ファイルを作成する 73

完成したオリジナル言語
Program: Statement*
Statement: | FunctionDeclaration
| VariableDeclaration
| ExpressionStatement
FunctionDeclaration: "def" Identifier "(" ParameterList? ")" BlockStatement
ParameterList: Identifier ("," Identifier)*
BlockStatement: "{" BlockBodyStatement* "}"
BlockBodyStatement: | ReturnStatement
| VariableDeclaration

文
法
定
義

| ExpressionStatement
ReturnStatement: "return" Expression ";"
VariableDeclaration: "var" Identifier "=" Expression ";"
ExpressionStatement: Expression ";"
Expression: Term (("+" | "-") Term)*
Term: Factor ("*" Factor)*
Factor: | CallExpression

def rectArea(w, h) {
return w * h;
}
var width = 12;
var height = 4;
rectArea(width, height);

| "(" Expression ")"
| Integer
| Identifier
CallExpression: Identifier "(" ArgumentList? ")"
ArgumentList: Expression ("," Expression)*

サンプルコード

Identifier: [a-zA-Z_][a-zA-Z0-9_]*
Integer: [0-9]+

74

付録 75

PEG: Parsing expression grammars ● Ford, Bryan. "Parsing expression grammars: a recognition-based syntactic foundation". SIGPLAN Not. 39. 1(2004): 111–122. ● Peggy ○ JavaScriptによるPEG実装 76

• https://dl.acm.org/doi/10.1145/982962.964011
• https://peggyjs.org/index.html

文法定義 ● Python ● JavaScript (ECMAScript) ● JSONPath: Query Expressions for JSON (RFC9535) 77

• https://docs.python.org/ja/3.13/reference/grammar.html
• https://tc39.es/ecma262/
• https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc9535

解説 ● 低レイヤを知りたい人のためのCコンパイラ作成入門 ● 筑波大学 プログラミング言語処理 講義資料 78

• https://www.sigbus.info/compilerbook
• https://www.hpcs.cs.tsukuba.ac.jp/~msato/lecture-note/comp-lecture/